1、锅炉存在的主要问题及分析
1.1主要问题
浙江北仑发电厂5号锅炉是由日本IHI公司提供的600 MW亚临界自然循环锅炉。锅炉整体设计技术采用美国Foster Wheeler技术，共配备24只双调风旋流燃烧器，采用前后墙对冲布置方式；直吹式制粉系统配备6台MBF-23型中速磨煤机，额定工况下1台磨备用。锅炉自投运以来，主要存在以下几方面问题：
(l)燃烧器一次风进口蜗壳、中心筒、消旋槽等部位磨损严重，使用寿命一般在2年内，远低于锅炉的大修周期。由于磨损造成煤粉频繁泄漏，并已数次发生燃烧器着火险情，对锅炉安全运行构成了严重威胁。
(2)燃烧器一、二次风旋流强度过大，火焰卷吸作用造成着火距离小，火炬边界模糊，燃烧器喷口烧损情况时有发生。富通新能源生产销售
生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧
颗�；�、
木屑颗�；�压制的生物质颗粒燃料，同时我们还有大量的杨木木屑颗粒燃料和玉米秸秆颗粒燃料出售。
(3)燃烧器尤其是上层燃烧器和燃烬风(OFA)及侧墙区域易结渣，煤种的适应性差。
(4)NOx排放浓度过高，额定工况下达700—800mg/m3。
1.2问题分析
5号锅炉存在上述问题，主要与炉膛燃烧器区域热负荷，燃烧器结构与布置方式，一、二次风流速，OFA系统的布置型式等相关。
1.2.1炉膛结构分析
5号锅炉炉膛宽为22.20m．深为15.97 m，高为59.0 m。炉膛截面积为354m2．炉膛有效容积为17987m3。从锅炉的设计参数分析，炉膛容积热负荷及截面热负荷相对较小。但是，锅炉设置24只燃烧器，每层燃烧器中心之间的垂直距离仅为3.5 m，热负荷比较集中。
炉膛容积热负荷(BMCR)为85.9 kW/m3，炉膛断面热负荷(BMCR)为4.36 MW/m2，燃烧器区壁面热负荷(BMCR)为2.02 MW/m2。锅炉单只燃烧器的热负荷偏大，燃烧器区域壁面热负荷高，因此，在燃烧器区域极易出现严重结渣。
1.2.2燃烧器结构分析
5号锅炉燃烧器具有以下特点：
(l)-次风通过涡壳切向进入燃烧器，使煤粉产生旋流，扩散角较大，煤粉容易贴壁。
(2)煤粉喷口与水冷壁管中心距离达676咖，使煤粉与二次风提前混合，着火距离短。
(3)采用了径向叶片调风器，二次风旋流强度较大，强化燃烧的作用明显，比较适用于劣质烟煤和贫煤等煤种。
(4)在煤粉燃烧初期，燃烧火炬急剧膨胀，形成了速度很高、扩散程度较大的火焰，在喷口外周产生炽热回流区，极易生成环形渣丘。
因此，该燃烧器结构设计使一次风切向旋流，煤粉和二次风提前混合，扩散角过大产生火焰贴壁，且燃烧器区域局部热负荷过高，这是5号炉燃烧器磨损、烧损、结渣、NOx排放浓度过高的根本原因。
1.2.3一、二次风系统和OFA系统分析
由于磨煤机石子煤问题相当突出，虽对各磨煤机风环进行了改造，但运行中一次风量仍在98t/h左右，比设计值高出约13%，煤粉管总截面比同类锅炉小20%左右．煤粉管流速达到30m/s左右。因此，一次风速过高大大加剧了燃烧器局部磨损，同时也影响到NOx排放浓度。
燃烧器喷口二次风流速也明显偏高，且燃烧器区域二次风箱结构不合理，各燃烧器二次风量分配不均匀，对炉膛结渣和NOx控制产生了不利影响。
5号锅炉设计有OAP控制风门，其主要作用是实现分级燃烧，减少烟气中NOx的生成与排放。但OAP控制风门与最上层燃烧器之间的距离仅为3.5m．氮氧化物还原区域过小，大大削弱了分级燃烧对NOx控制的有效功能。
2、低氮燃烧器改造可行性研究
目前，在国内600MW等级、前后墙对冲燃烧方式的锅炉中，应用比较广泛的旋流燃烧器主要有3种：英巴技术燃烧器、东方锅炉厂燃烧器、美巴技术燃烧器。现针对这3种燃烧器进行改造方案研究。
2.1英巴技术燃烧器改造方案
2.1.1英巴技术低氮燃烧器特点
2.1.1.1 -次风由煤粉燃烧器入口弯头切向进入燃烧器，煤粉气流在一次风道内旋转前进。为改善煤粉气流通过煤粉管道所造成的浓度径向分布不均匀的问题，在煤粉分配器出口装有纵向均流槽，使煤粉在一次风道内沿径向均匀分布。
2.1.1.2在喷口出口处装有8个半圆形的煤粉浓缩器，利用煤粉气流旋转惯性，使煤粉在8个浓缩器附近密集，形成煤粉浓相区，从而沿圆周上形成浓、淡煤粉分离，实现浓淡燃烧。
2.1.1.3二次风被分成3股：内二次风、四次风、三次风。内二次风设计成轴向旋流可调节的形式，通过由拉杆控制的轴向可动叶轮旋流器改变旋流强度。
2.1.1.4在二次风外侧布置了风量少但速度较高的四次风。将高速四次风引入，使在燃烧初期形成的NO，在高速湍流混合的条件下迅速还原为N2，从而有效抑制NOx的生成水平。
2.1.1.5最外层三次风挡板为径向可调式，每个挡板由1个独立的手动调节装置单独调节，大部分空气从外三次风道送入，三次风与煤粉气流的动压比高，混合强烈，而扩散角不大，可促使焦炭粒子的燃烬，在提高燃烧效率的同时，不致造成火焰刷墙。
2.1.1.6中心风管为筒状，其轴线即为燃烧器的水平轴线，其作用包括2方面：向点火油枪供风，以避免油枪火焰烧坏喷口；在燃烧器使用过程中，提供吹扫空气，防止漏油或煤粉沉积。
2.1.1.7考虑部件的耐磨性以及尽量减少使用成本，燃烧器喉口使用硅碳瓦卫燃带，燃烧器内部具有铸金属防磨内衬。
2.1.2改造方案
2.1.2.1基础方案：在燃烧器和OFA喷嘴原有位置上．更换成英巴燃烧器和新OFA喷嘴。
2.1.2.2备选方案1：在燃烧器原有的位置上更换成英巴燃烧器，将OFA喷嘴位置提高至上层燃烧器上方6.4m处，并更换成新的OFA喷嘴。
2.1.23备选方案2：根据炉膛宽度重新布置燃烧器间距，并更换成英巴燃烧器；使用高速OFA系统，并将OFA喷嘴位置提高至上层燃烧器上方12.7 m处。
2.2东方锅炉厂燃烧器改造方案
2.2.1东方锅炉厂燃烧器特点
2.2.1.1东方锅炉厂燃烧器是在日立燃烧器基础上改进而成的，采用径向煤粉浓缩器，获得外浓内淡的煤粉气流，一次风管出口外设计了稳焰齿环及一、二次风导向锥，可以在喷口附近获得环型回流区和较高的一次风湍动度，极大地提高了燃烧器的低负荷稳燃性能。
2. 2.1.2设置中心风管，通过调节中心风风量，为运行油枪提供最佳配风和燃煤时控制煤粉着火点，防止结渣并获得最佳火焰形状。
2. 2.1.3采用双调风结构，分级供给燃烧用风，尽量使燃料中挥发分挥发速率最大化，挥发最完全，有利于在喷口区域使生成的NO.还原反应，同时保证煤粉的燃烬效率。
2.2.1.4二次风门开度，三次风旋流强度及风量可调，可以获得希望的汽流旋流强度和风量的大小，以保证各燃烧器之间配风均匀和调节燃烧器内的配风。
2.2.1.5合理设计燃烧器结构特别是调节机构，保证燃烧器安装和更换检修方便，调节机构操作简便、灵活。
2.2.2改造方案
2.2.2.1改造方案1
(1)降低燃烧器区域壁面热负荷，加大燃烧器的垂直距离，最上层燃烧器不动，将下二层燃烧器下移，使燃烧器区域壁面热负荷约为1 650 kW/m2。燃烧器垂直间距增加后，火焰中心约下降1.4 m。
(2)采用东方锅炉厂自主型燃烧器更换原燃烧器。
(3)增加全炉膛分级程度，加大OFA与上层燃烧器的间距，同时适当增加OFA比率，使主燃烧器区域空气系数在0.9—1.0。
(4)通过优化燃烧器结构和风箱配风条件，使炉膛出口过量空气系数从1.20降至1.15．以实现低氧燃烧，降低NOx的生成。
(5)适当提高OFA风速，以增强燃烧的后期混合，提高燃料的燃烬率。根据现在的风机压头，如有必要，可设增压风机。
(6)燃烧器垂直间距改变使炉膛火焰中心下移后，可能造成炉膛烟气温度降低，可通过提高OFA与上层燃烧器的间距得到部分补偿，如有必要，还可以在OFA喷口以上的炉膛侧水冷壁上敷设适当面积的耐火材料．以减少锅炉蒸发吸热量。
以上改造主要涉及的设备包括：锅炉下炉膛水冷壁（前、后墙）、OFA调风器、煤粉燃烧器、大风箱、炉前垂直煤粉管道以及燃烧器控制的相关设备等。
2.2.2.2 改造方案2
(1)燃烧器和OFA调风器的位置保持不变，采用东方锅炉厂自主型燃烧器，并对OFA调风器的结构优化。
(2)优化大风箱、燃烧器控制相关设备。
(3)适当增加OFA的风量和风速，如现场条件允许，将OFA喷口适当上移。
改造技术方案2的锅炉改造工作量较小，NOx排放浓度可望达到550mg/m3以下。
2.3美巴技术燃烧器改造方案
2.3.1 美巴DRB-42低氮燃烧器特点
2.3.1.1燃烧器在一次风人口弯头后设有导向器和锥形扩散器，其作用是在管道近壁处形成一个高煤粉浓度的环状气流，而在中间形成富氧的低煤粉浓度区。着火区的还原性气氛可以减少NOx的生成量�；乖晕镏试诮虢固垦趸笥帜苡糜诜纸庖焉傻腘Ox。
2.3.1.2燃烧器一次风管外围设有2个分别由轴向叶片控制的二次风调风器：内二次风调风器的主要功能是促进着火和稳燃；外二次风调风器主要是在火焰下游供风以完成燃烧。这种燃烧器形成的火焰，其核心是还原性的，其下游逐步混入二次风。由于旋流强度和燃烧强度可调节，既能降低NO，生成量，又可保证燃烧效率。
2.3.1.3燃烧器一次风喷口采用耐高温、耐磨损的稀土高铬镍锰氮高温耐热铸钢ZG8Cr26Ni4Mn3N．可以满足燃烧器喷嘴使用寿命不低于50 000 h的要求。燃烧器结构充分考虑了检修的方便，每台燃烧器均装有观察孔，并留有安装火焰检测器的位置。
2.3.1.4燃烧器自身构成一个独立的燃烧单元，其内、外二次风形成良好的空气动力场，卷吸着火、稳燃所必需的高温烟气，并适时补充燃烧所需的氧气和产生必需的气流扰动。当锅炉负荷变化较小时，可适当调整燃烧器的风、粉供给量和燃烧器的二次风量。当锅炉负荷变化较大时，可切除或投入l层燃烧器及相应的磨煤机，并相应地减少或增加总二次风量。
2.3.1.5燃烧器具有对单只燃烧器进行二次风量控制的调风挡板。当锅炉负荷变化时，燃烧系统和燃烧器只需做少量调整工作，就可以适应锅炉负荷变化。燃烧器改造后能够确保在30%BMCR负荷下不投油稳燃。
2.3.1.6燃烧器结构考虑了检修时能够从外部进行拆装的条件，每个大风箱与水冷壁密封焊接，并随水冷壁一起膨胀。燃烧器外二次风喉口与水冷壁上燃烧器开口的联接采用非焊接结构，并用硅酸铝耐火纤维绳密封。煤粉管道弯头与送粉管道采用法兰连接，富通新能源生产销售的生物质锅炉以及木屑颗�；怪频纳镏士帕Ｈ剂鲜强突遣淮淼难≡�。
2.3.2改造方案
2.3.2.1在燃烧器原有位置上，用24只DRB-42燃烧器替代现有的燃烧器，并将煤粉进口更换成900弯头。
2.3.2.2用Dual Zone NO.喷口替代现有的OFA喷口。
2.3. 23燃烧器区域二次风箱改造，使各燃烧器之间配风更均匀。改造后，预计5号炉NO，排放浓度可达349 mg/m3。
3、可行性研究
5号锅炉燃烧器改造，原则上燃烧器数量、位置、层间距不变，合理控制改造范围，确保锅炉的总体性能基本不变，飞灰含炭量控制在3%以内，N2浓度控制在400～00mg/m3。另外，还须解决磨损问题，通过增加燃烧器进口截面积以降低流速，改进燃烧器材质，局部采取防磨措施等手段，以确保改造后的燃烧器磨损寿命达到预期目标。
从燃烧器技术比较：英巴燃烧器与5号炉燃烧器比较接近，现场改造工作量较�。蝗樟⑷忌掌魅剂吓ǖ旨缎Ч飨�，NOx排放浓度较低，东方锅炉厂自主型燃烧器特点与日立燃烧器基本相同；美巴燃烧器总体性能良好，但与5号炉燃烧器差别较大。
从燃烧器磨损情况比较，美巴燃烧器磨损较轻；英巴燃烧器中心风筒局部有磨损；日立燃烧器煤粉浓缩器及中心风筒磨损较严重，更换周期大约为2年。
3种改造方案均有利弊，具体采用哪种方案还需结合北仑电厂锅炉改造实际情况，对其技术及经济性进行进一步论证。
